介绍一个常规物探方法寻找地下空洞的实例

nxg198688 · 发表于 2010-12-27 17:28

本帖最后由 nxg198688 于 2010-12-27 19:18 编辑

一个常规物探方法寻找地下空洞的实例
内容提要：通过作者参与的一例利用常规物探方法勘查地下空洞的实例，说明了常物探方法是可以用于地下空洞勘查的。同时也简明介绍了地下空洞的异常特征。指出了在勘查地下空洞时应注意的几个问题。
关键词：常规物探方法  地下空洞勘查地面高磁  VLF 直流电法
在地勘工作从过去单纯的找矿而转向研究包括环保、灾害、工程、考古等学科的今天。物探工作因为它的多参量性，以及不苛求接触目标的远距离空间感应性而受到人们愈来愈强的关注。
利用物探方法寻找地下空洞就是在诸多应用领域中的一方面。本文就一则实例浅谈利用物探方法寻找地下空洞的效果。
1．任务来源及工区基本情况
解放前，日本曾占据我国东北多年，他们在广袤的东北大地上烧杀抢、修筑战争工事、搞活人试验。黑龙江省虎林县虎头镇、东宁县三岔口镇、内蒙古海拉尔等地都曾发现了二战时期日本关东军逼迫中国劳工修筑的地下作战工事。这些工事工程巨大、结构复杂、机关繁密。
黑龙江省绥芬河市解放以后也在民间盛传绥芬河市天长山存在像虎头、东宁一样的二战时期日本地下通道的传闻。绥芬河市人民政府本着为人民负责、为后代负责的宗旨，决定利用现代科技手段查明天长山地下通道分布情况。
地质上工区内除沟谷见第四系外，主要出露侏罗系中－上统屯田营组上段地层。这是一套中基性火山－火山碎屑－正常沉积岩。碎屑岩中，碎屑主要为安山玢岩和流纹斑岩的碎屑，并有一定的磨圆，表明它们是经过一定距离的水流搬运，但搬运距离较近，是一种快速沉积的产物。
2．工作布置
勘查面积为3km2。东西跨2km。南北1.5km。见图一。

结合其它已发现的日军地下工事，我们认为日军在东北修筑的地下工事有如下几个特点：
⑴．一般工事长几百米到十几公里不等；
⑵．工事走向多沿地势走向。一方面保持相对的埋深，另一方面也与对面防御地带形成平行走势；
⑶．一般在地下10—50m，可分上下多层，层与层之间有通道相通；
⑷．生活区、军事区、指挥区等分区有序。横向主通道宽1—2m，考虑到通道两侧各种设施，宽度可达5m。如通道两侧均有设施，其宽度甚至达到十几米，或更宽。
综上，并考虑设施内可能存有战争物资，我们本次勘探工作投入方法有地面高精度磁测、甚低频电磁法（VLF）、直流电法。工作参数为：高精度磁力仪探头高度选为1m；VLF使用澳大利亚的NWC台（22.3KHZ），极距为10m，记录点为MN中点，测量参数为电场水平分量Ex。  直流电法只用于高磁和VLF异常检查和异常区详查，采集的参数为一次电位（V1）、自然电位（Vs）、供电电流（I）、电阻率（ρs）。直流电法在检查高磁和VLF异常时采用对称四极装置（AMNB）,极距设置为AB＝50m，MN＝10m。
3．工作成果
本着慎重态度，我们对不明原因的地面高精度磁测和VLF异常安排了直流电阻率法和部份人工工程验证工作。下表为异常的检查结果（只罗列其中有代表性的几个）：
   普查结束后，我们对天长山日军工事已经有了初步的了解：
⑴．地面高精度磁测和VLF在工事上方均有较强的异常，综合解译效果较好；
⑵．地面高精度磁测和VLF除已知工事外，均未见其它明显富有规律及规模的异常；
⑶．无论是军事区、指挥区，包括生活区，在地表均可见，是半地下式。即主体位于地表以下，工事顶部露出地面或近地表。所见工事均为钢筋混凝土灌注而成；
⑷．各主要工事有公路相通，工事与工事间有简易路或战壕相连。
⑸．日军在天长山的工事不同于其它地区，由于没有类似其它区的防御区正面的深切割地形，军事区只能设计于半地下。初步认为没有大的地下防御工事体系。
因为篇幅所限，这里未列各异常的实测曲线。曲线特点上表已有表述。总之，通过磁、电、电磁常规物探方法，及人工工程相互验证，可以完成该工作区寻找地下空洞等勘查工作的。
需补充说明的是，这次工作中我们利用常规物探方法还有效地查明了一处小型地下掩体。该掩体规模小，不属于本次工作目标范畴，但其具有较为典型的常规物探异常。
可疑地段位于两条测线之间，天长山顶峰西南大约400m，系人工平整的山顶平台，面积约200m×100m，日军进山公路与之相交，怀疑为日军停车场，但没有见日军工事。尽管其规模很小，勘查工事的工作意义不大。考虑到这一地段的可疑，我们布置了一个60m×80m的检查区。
高精度磁力仪探头高度选为1m；VLF使用澳大利亚的NWC台（22.3KHZ），极距为4m，记录点为MN中点，测量参数为电场水平分量Ex。直流电法使用温纳装置（AMNB），极距设置为AM＝MN＝NB＝2 m。
地面高精度磁法测量、VLF和直流电法工作成果分别见图二、图三、图四：

①“地面高精度磁测dT等值线平面图”的宏观特征
“地面高精度磁测dT等值线平面图”是一个比较简单的模式。由34／0至40／20，及24～56／40为轴，中间为低磁场区，两边为高磁场区。除了0／0～24／20一区域外，整个异常是个缓变的异常。可以认为是岩性的反映。
0／10～24／20是一处可疑区域。该异常有较高的异常峰值和较大的异常梯度。在“地面高精度磁测dT等值线平面图”上非常抢眼。纵观全区，这种突变的磁场可以有理由推断由人工破坏造成磁场改变，特别是0/0、以及24/0和连续的6/20形成明显的异常点。
②“VLF测量Ex等值线平面图”的宏观特征
“VLF测量Ex等值线平面图”从宏观看，与“地面高精度磁测dT等值线平面图”对应较好，整体异常稍向北移，同样反映出异常陡变的特征。值得注意的是“地面高精度磁测dT等值线平面图”上0/0～16/20的连续异常不明显了，却明显了24/0～28/20的连续异常，纠正了“地面高精度磁测dT等值线平面图”上24/0东延不明的不足。笔者认为这是由于VLF10m左右的勘查深度最佳有效地反映了目标体电性特征。同时，也说明了综合利用多种手段的必要性。
③“直流电法对称四极测量ρ等值线平面图”的宏观特征
“直流电法对称四极测量ρ等值线平面图”几乎就是“VLF测量Ex等值线平面图”的翻版。因为直流电法对称四极测量极距采用 AB＝3m，故此，“直流电法对称四极测量ρ等值线平面图”反应的要比“VLF测量Ex等值线平面图”相对浅一些，其反映的是地下空洞上顶与回填土的电学特征。但浅部可疑区域0／0～24／20依然存在。
④综合异常的解释
4／15的单点的揭露表明，我们推断是正确的。人工工程见地道及掩体的入口，地道口宽1 m左右，埋深1.5 m左右。掩体为四周是混凝土的地下工事，顶部已塌落，估计系当年苏联红军炮火摧毁所至，这也就不难理解掩体正上方“地面高精度磁测dT等值线平面图”、“VLF测量Ex等值线平面图”和“直流电法对称四极测量ρ等值线平面图”三张图上均没有很好异常显示的原因了。从实际揭露，结合三张等值线平面图，其规模不会大于25 m×35 m。混凝土厚为70cm左右，为钢筋混凝土结构。仅在开挖的入口处就见有铁滑轮、牙刷、铸有“大日本××株式会社”的酒瓶（已交绥芬河市博物馆）等等物品。
对于“VLF测量Ex等值线平面图”发现的52～64/40线的几处单点异常，我们亦采用了人工槽探揭露的直观方法进行了验证。槽探深度为2～3 m不等，均见有安山岩基岩，考虑其在“VLF测量Ex等值线平面图”展示的规模，以及“地面高精度磁测dT等值线平面图”该处并无明显异常，认为系安山岩基岩凸起所致。
4．几点认识
通过这则实例，我们有这样几点认识：
⑴地下空洞是可以通过物探手段探测的。其中包括一些常规的，以往主要用于矿产勘查的物探方法；
⑵在做地下空洞的勘查工作以前，做好踏勘工作是必要的。只有在较详细地了解测区的地质状况后才有可能选择合适的勘查方法。
⑶在地下空洞勘查工作中，在选择好的勘查方法工作同时，采用尽可能多的装置、尽可能多的参数等手段都是可取的。
⑷综合利用效率高、费用低常规物探方法，一个结论由多种参量特征作佐证，以提高推断的可靠性。